發(fā)布時間：2021-07-29 19:56

　　在區(qū)域防突措施中,開采保護層是防治煤與瓦斯突出的第一選擇。上保護層開采后,采空區(qū)頂（底）板附近煤巖體發(fā)生移動和變形。在被保護層附近會產(chǎn)生一定范圍的卸壓區(qū)。卸壓區(qū)內(nèi)煤層吸附瓦斯解吸,為卸壓瓦斯抽采提供了絕佳時機。本文利用COMSOL Multiphysics軟件對東聯(lián)煤礦上保護層開采情況進行數(shù)值模擬研究,對10號、12號煤層重復(fù)采動后被保護層（13號煤層）的卸壓效果進行了現(xiàn)場考察。COMSOL Multiphysics數(shù)值模擬結(jié)果表明:上保護層重復(fù)采動后,卸壓角增大,保護范圍明顯增大。在走向方向上,重復(fù)采動后,保護層卸壓角由48.1°增大到50.1°,在傾向方向上,傾向方向上側(cè)卸壓角由50.7°增大到80.5°,傾向方向下側(cè)卸壓角由72.3°增大到80.5°。10號煤層開采后,被保護層垂直變形呈“W”型,重復(fù)采動后,被保護層垂直變形呈“波浪”型。開展了東聯(lián)煤礦重復(fù)采動卸壓效果的影響因素的數(shù)值模擬研究,研究結(jié)果表明:隨著開采深度由263.6 m增加到363.6 m,最后增加到463.6 m,被保護層膨脹變形率的最大峰值由5.06‰增加到6.82‰,最后增加到8.57‰,保護范圍逐漸增大。隨... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

網(wǎng)格劃分圖

3重復(fù)采動卸壓效果及規(guī)律13模型需要設(shè)置邊界條件，在模型左右兩側(cè)設(shè)置為輥支撐，即為左右方向上的位移為零，上下方向上位移不受限制，底部邊界設(shè)置指定位移x方向和y方向上位移都為零，即為固定約束。模型上部設(shè)置載荷邊界條件，載荷的大小由計算公式得出。按照自重應(yīng)力計算上覆載荷，計算公式如下：zhgh式中：z-垂直原巖應(yīng)力，MPa；h-上部邊界離地表距離，mγ-上覆巖層平均容重，N/m3；g-重力加速度，取值9.8m/s2；ρ-巖土層平均密度，取2500Kg/m3;東聯(lián)煤礦10號煤層埋深取值為163.6m，h=163.6-34.28=129.32m，即上部邊界施加的垂直載荷為z=hgh129.3225009.83.17Mpa。在載荷類型中選擇單位面積力，其值為3.17MPa。建立保護層開采模型的過程中，我們提前添加了重力域，添加到了全局中去，為了模擬靜態(tài)狀態(tài)下煤巖體的原始位移，這樣一來可以保證數(shù)值模擬的準確性。然后在開采的時候采用引入靜態(tài)狀態(tài)下的外部應(yīng)力，這樣的模擬結(jié)果更加準確直接，便于直接對模擬結(jié)果進行分析。數(shù)值模型網(wǎng)格劃分圖，靜態(tài)狀態(tài)下應(yīng)力分布圖，位移等值線圖，如圖3-3~圖3-5所示：(a)走向(b)傾向圖3-3網(wǎng)格劃分圖Figure3-3Meshingdiagram(a)走向(b)傾向圖3-4靜態(tài)下應(yīng)力分布圖Figure3-4Stressdistributionofstaticstate

工程碩士專業(yè)學位論文14由靜態(tài)下的應(yīng)力分布圖可以看出：在靜態(tài)狀態(tài)下，走向方向上，應(yīng)力隨埋深的增加而增加，下方的煤巖體顏色更深。在傾向方向上，下方的煤巖體顏色更深，說明由于重力的作用，導致下方煤體的垂直應(yīng)力更大，也符合巖土體的受力規(guī)律。(a)走向(b)傾向圖3-5靜態(tài)下應(yīng)力等值線圖Figure3-5Stresscontourofstaticconditions由靜態(tài)下的應(yīng)力等值線圖可以看出：在靜態(tài)狀態(tài)下，走向方向上，應(yīng)力等值線呈水平分布，說明在水平方向上受力相同。在傾向方向上，應(yīng)力等值線基本呈水平分布，符合巖土體的受力規(guī)律。3.1.212號煤層開采數(shù)值模擬為了進行數(shù)值模擬計算，首先要建立幾何模型，根據(jù)東聯(lián)煤礦的綜合柱狀圖，結(jié)合各個煤巖層的基本物理參數(shù)，建立了沿走向和傾向方向上的兩個重復(fù)采動模型。該模型是在10號煤層開挖之后的基礎(chǔ)上建立，在走向模型中，寬度為200m，高度為100m，在傾向模型中，寬度為200m，高度為120m。相對修補容差:1e-6。在走向和傾向的模型中，為了模擬開采不同距離時重復(fù)采動后的卸壓規(guī)律，制定了四個不同的開采距離，分別為40m，60m，80m和100m。如圖3-6所示，(a)走向(b)傾向圖3-6重復(fù)采動數(shù)值模型圖Figure3-6Numericalmodelofrepeatedmining在重復(fù)采動模型的建立中，煤巖體的基本物理參數(shù)都與10煤層開采模型一致。依據(jù)東聯(lián)煤礦10號煤層的埋深，按照自重應(yīng)力公式的計算得出3.17MPa，在COMSOL中載荷類型中選擇單位面積力，大小為3.17MPa。

【參考文獻】：
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博士論文
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[3]巨厚火成巖下遠程卸壓煤巖體裂隙演化與滲流特征及在瓦斯抽采中的應(yīng)用[D]. 王亮.中國礦業(yè)大學 2009
[4]采場下伏煤巖體卸壓作用原理及在被保護層卸壓瓦斯抽采中的應(yīng)用[D]. 王海鋒.中國礦業(yè)大學 2008

碩士論文
[1]下保護層開采卸壓范圍及卸壓程度的研究[D]. 李明好.安徽理工大學 2005



本文編號：3309955